专利名称：一种信息输入手柄的制作方法
技术领域：
本实用新型属于自动化技术领域，涉及一种计算机人机交互输入装置， 具体涉及一种信息输入手柄。
技术背景现有技术的计算机用鼠标或者游戏操纵杆，通过机械或者光学原理将操作者在工作台上移动鼠标或游戏操纵杆的位移量转换成x-y平面位移信 号，传递给计算机，以驱动光标的移动，实现二维相对位移量的输入。但 是对三维位移和转角量则必须通过应用软件的专门设置，并经过一系列交 互操作将二维相对位移量转化为三位量，从而实现复杂的运动参数输入。 现有技术的计算机用三维鼠标，通过鼠标上的信号发射器和固定在计算机 周围空间位置的信号接收器构成三维位置传感系统，向计算机输入鼠标的 三维位置信息，但对三维的转角量则必须通过专门的软件经过一系列人机 交互操作来实现交互输入。现有技术的鼠标的使用必须具有位置恢复动作， 需要在保持计算机屏幕上光标不动的情况下移动鼠标，即操作者必须将鼠 标抬起的情况下移动鼠标。现有技术的计算机用三维鼠标，由于存在结构 复杂、造价昂贵、功能单一、不便使用等缺点，造成这类鼠标不能普及使 用。无论是计算机鼠标或者游戏操纵杆还是三维鼠标均不能实现诸如力和 力矩等力学信号的输入，这就严重制约了三维类软件(计算机动画、CAD， 游戏等)的人机交互操作与控制。 发明内容本实用新型的目的就是针对现有技术的不足，提供一种信息输入手柄， 实现沿三坐标轴移动和绕三坐标轴转动的六自由度位移量的输入以及沿三 坐标轴方向的作用力和绕三坐标轴转动的作用力矩等力学量的输入。本实用新型包括把手、螺旋弹簧、把手限位装置、应变信号采集装置 和底座。底座为盘形结构，筒形的把手限位装置固定设置在底座的顶面。设置在把手限位装置筒内的螺旋弹簧的一端与底座的顶面固定连接，另一 端与圆桶形的把手的内侧顶面固定连接。把手套置在把手限位装置外，把 手的内侧壁与把手限位装置的外侧壁具有间隙，把手可以在该间隙范围内 活动；把手限位装置的顶部高于把手的底部，保证把手不能移出把手限位 装置外。螺旋弹簧上分布有"(2:SW4)个电阻应变片组，每个电阻应变片组 包括三个电阻应变片对，每个电阻应变片对包括对应设置的两个电阻应变 片。每个电阻应变片组的三个电阻应变片对设置在螺旋弹簧同一螺旋圆周 之内，并且各个电阻应变片组中对应的三个电阻应变片对在螺旋圆周上的 位置相同，相邻的两个电阻应变片组间隔至少一个螺旋圆周。所述的螺旋弹簧的簧丝截面为矩形；每个电阻应变片对中的两个电阻 应变片中的一片为双轴应变片，粘贴于弹簧簧丝的下表面上，并且其敏感 栅与簧丝轴线成士45。方向；另一片为单轴应变片，粘贴在弹簧簧丝的内侧面上，并且其敏感栅与簧丝轴线平行。 一个电阻应变片组中的三个电阻应变片对在弹簧圆周平面上投影的夹角分别为135。、 135。和90°。所述的每个电阻应变片均通过信号线与设置在底座内的应变信号采集 装置相连。本实用新型具有的有益效果是(1) 本实用新型装置具有六自由度输入和控制能力并且具有两种工作 状态，即位移与转角量输入状态和力与力矩量输入状态，这两种状态可以 独立工作也可以混合工作，均可以根据所驱动的软件的需要加以设定和切 换。(2) 由于鼠标的位移量是一个相对运动量，可以通过软件设置，使得当 把手到达运动限位边界位置时，其输出的位移和力的大小与作用力的施加 时间相关，即位移和力的大小与施加时间成正比，从而达到对输入量的大 小控制。(3) 通过在把手上设置开关按钮，使得当操作者释放把手时该装置可以 设置成没有信号输出，即在弹簧不被施加力而通过自身弹力恢复到原始位 置的过程中没有信号输出，从而避免了现有技术的鼠标的位置恢复动作，4即不需要在计算机屏幕上光标不动的情况下由操作者手工移动鼠标，从而 减少操作者对鼠标的操作动作。(4) 由于作用原理与现有技术鼠标不同，对大位移量的输入也无须做大 的移动，在实现同样功能情况下对输入装置的操作动作数量也比现有技术 的鼠标减少，因此使用该装置可以大大降低操作者手部的疲劳强度。(5) 本实用新型装置整个系统结构简单，制造成本低廉，使用方便，且 有较高的可靠性和稳定性。
图l本实用新型的结构示意图；图2为图1中应变片对粘贴位置示意图；图3为图2的A-A剖视图。图中l.把手，2.螺旋弹簧，3.应变片对，4.把手限位装置，5.应变 信号采集装置，6.底座，7.计算机。
具体实施方式
如图1所示，手柄六自由度信息输入装置包括把手l、螺旋弹簧2、把手 限位装置4、应变信号采集装置5和底座6。底座6为盘形结构，筒形4的把手 限位装置固定设置在底座6的顶面。设置在把手限位装置4筒内的螺旋弹簧2 的一端与底座6的顶面固定连接，另一端与圆桶形的把手l的内侧顶面固定 连接。把手1套置在把手限位装置4外，把手1的内侧壁与把手限位装置4的 外侧壁具有间隙，把手l可以在该间隙范围内活动；把手限位装置4的顶部 高于把手l的底部，保证把手1不能移出把手限位装置4外。如图2所示，螺旋弹簧上分布有两个电阻应变片组，每个电阻应变片组 包括三个电阻应变片对3，每个电阻应变片对3包括对应设置的两个电阻应 变片。每个电阻应变片组的三个电阻应变片对3设置在螺旋弹簧同一螺旋圆 周之内，并且两个电阻应变片组中对应的三个电阻应变片对3在螺旋圆周上 的位置相同，两个电阻应变片组间隔三个螺旋圆周。电阻应变片对3采用箔 式应变片。每个电阻应变片均通过信号线与设置在底座内的应变信号采集 装置5相连。如图3所示， 一个电阻应变片组中的三个电阻应变片对在弹簧圆周平面上投影的夹角分别为135。、 135°和90。螺旋弹簧3的簧丝截面为矩形；每个电阻应变片对中的两个电阻应变片 中的一片为双轴应变片，粘贴于弹簧簧丝的下表面上，并且其敏感栅与簧 丝轴线成土45。方向；另一片为单轴应变片，粘贴在弹簧簧丝的内侧面上， 并且其敏感栅与簧丝轴线平行。操作者通过把手施加力和位移等物理量，实现将人手施加于该手柄上 的力、力矩和位移、转角等物理量同时输入给计算机7。通过布置在螺旋弹 簧钢丝上的电阻应变片，利用数据采集模块测得弹簧各测量部位的应变值， 建立各测量点应变大小、方向和作用在螺旋弹簧顶端的外力之间的关系， 获得螺旋弹簧顶端的外部作用力的大小、方向等物理特性，将其转化成力、 力矩和位移参数，作为计算机的输入数据，从而获得把手移动数据。
权利要求1、一种信息输入手柄，包括把手、螺旋弹簧、把手限位装置、应变信号采集装置和底座，其特征在于底座为盘形结构，筒形的把手限位装置固定设置在底座的顶面；设置在把手限位装置筒内的螺旋弹簧的一端与底座的顶面固定连接，另一端与圆桶形的把手的内侧顶面固定连接；把手套置在把手限位装置外，把手的内侧壁与把手限位装置的外侧壁之间具有间隙，把手限位装置的顶部高于把手的底部；螺旋弹簧上分布有n个电阻应变片组，2≤n≤4，每个电阻应变片组包括三个电阻应变片对，每个电阻应变片对包括对应设置的两个电阻应变片；每个电阻应变片组的三个电阻应变片对设置在螺旋弹簧同一螺旋圆周之内，并且各个电阻应变片组中对应的三个电阻应变片对在螺旋圆周上的位置相同，相邻的两个电阻应变片组间隔至少一个螺旋圆周；所述的螺旋弹簧的簧丝截面为矩形；每个电阻应变片对中的两个电阻应变片中的一片为双轴应变片，粘贴于弹簧簧丝的下表面上，并且其敏感栅与簧丝轴线成±45°方向；另一片为单轴应变片，粘贴在弹簧簧丝的内侧面上，并且其敏感栅与簧丝轴线平行；一个电阻应变片组中的三个电阻应变片对在弹簧圆周平面上投影的夹角分别为135°、135°和90°；所述的每个电阻应变片均通过信号线与设置在底座内的应变信号采集装置相连。
专利摘要本实用新型涉及一种信息输入手柄。现有装置结构复杂、造价高、功能单一、不便使用。本实用新型中筒形的把手限位装置固定在底座的顶面，把手限位装置筒内的螺旋弹簧的一端与底座的顶面固定连接，另一端与圆桶形的把手的内侧顶面固定连接，把手套置在把手限位装置外。螺旋弹簧上分布有多个电阻应变片组，每个电阻应变片组包括设置在螺旋弹簧同一螺旋圆周之内的三个电阻应变片对，每组中对应的电阻应变片对在螺旋圆周上的位置相同。本实用新型利用各测量点应变大小、方向和作用在弹簧顶端的外力之间的关系，获得弹簧顶端的外部作用力的大小、方向等物理特性，获得把手移动数据。该手柄结构简单、成本低廉、使用方便，且有较高的可靠性和稳定性。
文档编号G06F3/033GK201331743SQ200820171028
公开日2009年10月21日 申请日期2008年12月18日 优先权日2008年12月18日
发明者琪 刘, 吴玉光 申请人:杭州电子科技大学